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Die Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeugantriebsstrangvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus der
DE 10 2006 045 007 A1 ist bereits eine Kraftfahrzeugantriebsstrangvorrichtung mit wenigstens einem Hauptantriebsstrang zum Antrieb einer Haupt-Antriebsachse, mit wenigstens einem über den Hauptantriebsstrang angetriebenen Hilfsantriebsstrang und mit einer über den Hilfsantriebsstrang antreibbaren Neben-Antriebsachse, die zwei Radantriebswellen aufweist, bekannt.
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Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine konstruktiv einfache Kraftfahrzeugantriebsstrangvorrichtung mit einer geringen Bauteilezahl bereitzustellen. Sie wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung geht aus von einer Kraftfahrzeugantriebsstrangvorrichtung mit wenigstens einem Hauptantriebsstrang zum Antrieb einer Haupt-Antriebsachse, mit wenigstens einem über den Hauptantriebsstrang angetriebenen Hilfsantriebsstrang und mit einer über den Hilfsantriebsstrang antreibbaren Neben-Antriebsachse, die zwei Radantriebswellen aufweist.
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Es wird vorgeschlagen, dass die Neben-Antriebsachse eine Freilaufvorrichtung aufweist, die dazu vorgesehen ist, einen Kraftfluss von den Radantriebswellen in Richtung des Hauptantriebsstrangs zu verhindern. Dadurch kann der Nebenantriebsstrang konstruktiv besonders einfach an den Hauptantriebsstrang angebunden werden. Dadurch kann insbesondere eine konstruktiv einfache Kraftfahrzeugantriebsstrangvorrichtung bereitgestellt werden, die eine geringe Bauteilezahl aufweist. Unter einer „Antriebsachse” soll dabei insbesondere eine Anordnung von koaxial zueinander angeordneten Bauteilen verstanden werden, die für einen Antrieb eines Kraftfahrzeugs vorgesehen sind. Die Antriebsachse umfasst dabei zur Übertragung eines Antriebsmoments insbesondere zwei Antriebsräder und die zwei Radantriebswellen, die jeweils drehfest mit einem der Antriebsräder verbunden sind. Unter einer „Freilaufvorrichtung” soll dabei insbesondere eine Vorrichtung verstanden werden; die durch Entkopplung der Radantriebswellen einen Kraftfluss von den Radantriebswellen in Richtung des Hauptantriebsstrangs verhindert, wodurch insbesondere ein Kraftfluss in eine Richtung der Radantriebswellen ermöglicht und ein Kraftfluss in Richtung des Hauptantriebsstrangs verhindert wird. Unter „vorgesehen” soll insbesondere speziell ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden.
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Es wird weiter vorgeschlagen, dass die Haupt-Antriebsachse einen Achsantrieb aufweist, wobei der Achsantrieb eine Übersetzung aufweist, die kleiner ist als eine Übersetzung eines Achsantriebs der Neben-Antriebsachse. Dadurch wird insbesondere vorteilhaft nur dann ein Drehmoment über die Nebenantriebsachse übertragen, wenn die Haupantriebsachse einen Schlupf aufweist. Unter einem „Achsantrieb” soll dabei insbesondere ein Umsetzgetriebe verstanden werden, das eine Drehbewegung von einer Antriebswelle auf die Antriebsachse umleitet. Dabei kann ein „Achsantrieb” insbesondere auch ein Differential zum Ausgleich unterschiedlich schnell drehender Antriebsräder aufweisen. Unter einer „Übersetzung” soll hierbei insbesondere eine Umwandlung von einer Drehzahl der Antriebswelle in eine Drehzahl der Antriebsachse verstanden werden. Unter einem „Schlupf der Haupt-Antriebsachse” soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Durchrutschen von wenigstens einem der Antriebsräder der Haupt-Antriebsachse verstanden werden.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass die Freilaufvorrichtung zumindest einen Freilauf aufweist, der in einem Kraftfluss zwischen dem Achsantrieb der Neben-Antriebsachse und den Radantriebswellen angeordnet ist. Dadurch kann eine konstruktiv besonders einfache Freilaufvorrichtung bereitgestellt werden. Unter einem „Freilauf” soll dabei insbesondere ein Bauteil verstanden werden, das dazu vorgesehen ist, einen Teil der Antriebsachse von einer Drehbewegung der Hauptantriebsachse, abhängig von Lastverhältnissen in dem Neben-Antriebsstrang, zu entkoppeln.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die Freilaufvorrichtung einen einzigen Freilauft aufweist, der in einem Kraftfluss vor dem Achsantrieb der Neben-Antriebsachse angeordnet ist. Dadurch kann eine Freilaufvorrichtung mit einer besonders vorteilhaft geringen Bauteilezahl realisiert werden.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Dabei zeigen:
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1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugantriebsstrangvorrichtung mit einer Freilaufvorrichtung die zwei Freiläufe aufweist und
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2 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugantriebsstrangvorrichtung mit einer Freilaufvorrichtung die einen einzigen Freilauf aufweist.
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Die 1 zeigt schematisch einen Kraftfahrzeugantriebsstrang mit einer erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugantriebsstrangvorrichtung in einem nicht näher dargestellten Kraftfahrzeug. Der Kraftfahrzeugantriebsstrang ist als ein Lastkraftfahrzeugantriebsstrang ausgebildet. Der Kraftfahrzeugantriebsstrang ist aufgeteilt in einen Hauptantriebsstrang 10a und einen Hilfsantriebsstrang 12a. Der Kraftfahrzeugantriebsstrang weist eine über den Hauptantriebsstrang 10a permanent angetriebene Haupt-Antriebsachse 11a und eine über den Hilfsantriebsstrang 12a antreibbare Neben-Antriebsachse 13a auf. Der Hauptantriebsstrang 10a umfasst zwei Antriebsräder 22a, 23a, die mittels der Haupt-Antriebsachse 11a antreibbar sind. Der Hilfsantriebsstrang 12a weist ein erstes Antriebsrad 24a und ein zweites Antriebsrad 25a auf, die mittels der Neben-Antriebsachse 13a antreibbar sind. Mittels der Antriebsräder 22a, 23a, 24a, 25a ist das Kraftfahrzeug antreibbar.
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Der Hauptantriebsstrang 10a treibt permanent die Haupt-Antriebsachse 11a an. Der Hauptantriebsstrang 10a weist eine Antriebswelle 26a und einen Achsantrieb 17a auf. Eine nicht näher dargestellte Antriebsmaschine stellt ein Drehmoment zur Verfügung, das über die Antriebswelle in den Kraftfahrzeugantriebsstrang eingeleitet wird. Der Achsantrieb 17a umfasst ein nicht näher dargestelltes Differential und eine Differentialsperre 28a. Die Antriebswelle 26a leitet das Drehmoment in den Kraftfahrzeugantriebsstrang ein. Der Achsantrieb 17a wird über die Antriebswelle 26a angetrieben. Die Antriebswelle 26a ist stets mit dem Achsantrieb 17a der Haupt-Antriebsachse 11a gekoppelt. Der Achsantrieb 17a der Haupt-Antriebsachse 11a treibt die Antriebsräder 22a, 23a der Haupt-Antriebsachse 11a an. Die Differentialsperre 28a sperrt bedarfsweise das Differential, indem sie die Antriebsräder 22a, 23a drehfest miteinander verbindet. Die Antriebswelle 26a ist über den Achsantrieb 17a stets mit der Haupt-Antriebsachse 11a gekoppelt.
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Zur Anbindung der koppelbaren Neben-Antriebsachse 13a an den Hauptantriebsstrang 10a bzw. an die permanent angetriebene Haupt-Antriebsachse 11a weist der Hilfsantriebsstrang 12a eine Kupplungsvorrichtung 29a auf. Die Kupplungsvorrichtung 29a bindet den Hilfsantriebsstrang 12a an den Hauptantriebsstrang 10a an. Die Kupplungsvorrichtung 29a ist als eine Lamellenkupplung ausgebildet. Die Kupplungsvorrichtung 29a weist zur Herstellung einer drehfesten Verbindung mehrere Lamellen auf, die jeweils einen Reibbelag aufweisen. Zur Herstellung einer reibschlüssigen Verbindung werden die Lamellen der Kupplungsvorrichtung 29a aneinander gedrückt und die Reibbeläge der Lamellen stehen in Reibkontakt.
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Der Hilfsantriebsstrang 12a weist eine Hilfsantriebswelle 30a, eine erste Radantriebswelle 14a und eine zweite Radantriebswelle 15a auf. Zur Verbindung der Neben-Antriebsachse 13a an den Hauptantriebsstrang 10a weist die Kraftfahrzeugantriebsstrangvorrichtung einen Achsantrieb 18a auf. Der Achsantrieb 18a umfasst zwei Zahnräder 31a, 32a. Das erste Zahnrad 31a ist drehfest mit der Hilfsantriebswelle 30a verbunden und ist als ein Kegelrad ausgebildet. Das zweite Zahnrad 32a ist ebenfalls als ein Kegelrad ausgebildet. Zur Aufteilung von Drehmomenten von der Hilfsantriebswelle 30a auf die Radantriebswellen 14a, 15a umfasst der Achsantrieb 18a ein Differential 33a. Das zweite Zahnrad 32a ist drehfest mit einem Eingang des Differentials 33a verbunden. Das erste Zahnrad 31a und das zweite Zahnrad 32a kämmen miteinander und können so ein Moment von der Hilfsantriebswelle 30a in die Neben-Antriebsachse 13a übertragen.
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Zur Verhinderung eines Kraftflusses von den Radantriebswellen 14a, 15a in Richtung des Hauptantriebsstrangs weist die Kraftfahrzeugantriebsstrangvorrichtung eine Freilaufvorrichtung 16a auf. Die Freilaufvorrichtung 16a ist in einem Kraftfluss nach dem Achsantrieb 18a der Neben-Antriebswelle 13a angeordnet. Die Freilaufvorrichtung 16a umfasst zwei Freiläufe 19a, 20a, die in dem Kraftfluss zwischen dem Achsantrieb 18a der Neben-Antriebsachse 13a und den Radantriebswellen 14a, 15a angeordnet ist. Der Freilauf 19a ist dabei zwischen dem Differential 33a und der Radantriebswelle 14a angeordnet. Der Freilauf 20a ist zwischen dem Differential 33a und der Radantriebswelle 15a angeordnet.
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Der Freilauf 19a und der Freilauf 20a sind gleich aufgebaut und weisen die gleiche Funktionsweise auf. Im Folgenden soll nur der Freilauf 19a beschrieben werden. Alle konstruktiven Merkmale und die Funktionalität des Freilaufs 19a sind identisch zu dem Freilauf 20a und äquivalent auf diesen übertragbar. Einzig eine Anordnung des Freilaufs 20a in der Kraftfahrzeugantriebsstrangvorrichtung unterscheidet ihn von dem Freilauf 19a.
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Der Freilauf 19a weist zwei nicht näher dargestellte Freilaufhälften auf. Eine erste Freilaufhälfte ist an eine Eingangswelle des Freilaufs 19a angebunden. Eine zweite Freilaufhälfte ist an eine Ausgangswelle des Freilaufs 19a angebunden. Die Eingangswelle des Freilaufs 19a ist drehfest mit dem Differential 33a verbunden. Die Ausgangswelle ist drehfest mit der Radantriebswelle 14a verbunden. Die Freilaufhälften sind in eine Drehrichtung drehbar zueinander angeordnet. Rotiert die Radantriebswelle 14a schneller als die Eingangswelle, die mit dem Differential verbunden ist, so wird die Drehbewegung von der Radantriebswelle 14a von der Drehbewegung der Eingangswelle des Freilaufs 19a entkoppelt. Es kann kein Drehmoment von der Radantriebswelle 14a auf die Eingangswelle des Freilaufs 19a übertragen werden. Die erste Freilaufhälfte rotiert mit einer Drehzahl der Eingangswelle des Freilaufs und die zweite Freilaufhälfte rotiert mit einer Drehzahl der Radantriebswelle 14a. Somit ist ein Kraftfluss von der Radantriebswelle 14a in Richtung des Hauptantriebsstrangs 10a nicht möglich. Zur Übertragung eines Drehmoments von der Eingangswelle des Freilaufs 19a, der mit dem Differential verbunden ist, auf die Radantriebswelle 14a, weist der Freilauf nicht näher dargestellte Klemmkörper auf. Ist eine Drehzahl der Eingangswelle des Freilaufs 19a gleich wie eine Drehzahl der Radantriebswelle 14a und liegt ein Drehmoment an der ersten Freilaufhälfte an, verblocken die Klemmkörper die beiden Freilaufhälften des Freilaufs 19a. Eine Übertragung eines Drehmoments von der Eingangswelle auf die Ausgangswelle des Freilaufs 19a, und somit der Radantriebswelle 14a, ist möglich. Ein Kraftfluss von der Eingangswelle des Freilaufs 19a zu der Radantriebswelle 14a ist möglich.
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Der Freilauf 20a ist genau gleich ausgebildet wie der Freilauf 19a. Der Freilauf 20a ist zwischen dem Differential 33a und dem Radantriebswelle 15a angeordnet. Der Freilauf 20a verhindert somit einen Kraftfluss von der Radantriebswelle 15a zu dem Differential. Ein Kraftfluss von dem Differential zu der Radantriebswelle 15a ist möglich.
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Zur automatischen oder automatisierten Betätigung der Kupplungsvorrichtung 29a des Kraftfahrzeugantriebsstrangs weist die Kraftfahrzeugantriebsstrangvorrichtung eine Steuer- und Regeleinheit 34a auf. Die Steuer- und Regeleinheit 34a ist dazu vorgesehen, das Zuschalten des Hilfsantriebsstrangs 12a zu regeln. Die Steuer- und Regeleinheit 34a weist zwei Betriebsmodi auf. Die Steuer- und Regeleinheit 34a weist einen Normal-Betriebsmodus und einen Stand-by-Betriebsmodus auf und ist dazu vorgesehen, einen der Betriebsmodi auszuführen.
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In dem Normal-Betriebsmodus ist die Kupplungsvorrichtung 29a geöffnet. Es wird kein Moment an den Hilfsantriebsstrang 12a übertragen. Die Steuer- und Regeleinheit 34a ist dazu vorgesehen, den Normal-Betriebsmodus ab einer definierten Grenzgeschwindigkeit auszuführen. Die Grenzgeschwindigkeit beträgt dabei 30 km/h. Grundsätzlich können auch andere Parameter zum Auslösen des Normal-Betriebsmodus ausgewertet werden.
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Die Steuer- und Regeleinheit 34a sensiert über eine nicht näher dargestellte Sensorik ständig eine Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs. Erkennt die Steuer- und Regeleinheit 34a, dass die Geschwindigkeit unterhalb der Grenzgeschwindigkeit liegt, schaltet sie in den Stand-by-Betriebsmodus.
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In dem Stand-by-Betriebsmodus ist die Kupplungsvorrichtung 29a geschlossen. Es kann ein Moment an den Hilfsantriebsstrang 12a übertragen werden. Die Steuer- und Regeleinheit 34a ist dazu vorgesehen, den Stand-by-Betriebsmodus bei einer Geschwindigkeit unter 30 km/h auszuführen.
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Der Achsantrieb 17a der Haupt-Antriebsachse 11a weist eine Übersetzung auf, die kleiner ist als eine Übersetzung des Achsantriebs 18a der Neben-Antriebsachse 13a. Durch die kleinere Übersetzung weist die Haupt-Antriebsachse 11a eine höhere Drehzahl auf als die im Kraftfluss vor den Freiläufen 19a, 20a angeordneten Komponenten der Neben-Antriebsachse 13a. Die Antriebsräder 22a, 23a der Haupt-Antriebsachse weisen eine gleiche Drehzahl auf wie die Antriebsräder 24a, 25a der Neben-Antriebsachse. Die Antriebsräder 24a, 25a werden lastfrei mitgeschleppt. Die Antriebsräder 24a, 25a sind nicht angetrieben. Dadurch ist eine Drehzahl der Radantriebswellen 15a höher als eine Drehzahl der Eingangswellen der Freiläufe 19a, 20a, die fest mit dem Differential des Achsantriebs 18a verbunden sind. Die Freilaufhälften der Freiläufe 19a, 20a rotieren mit unterschiedlichen Drehzahlen. Übertragen die Antriebsräder 22a, 23a der Haupt-Antriebsachse 11a das gesamte Drehmoment, das von der Antriebsmaschine zur Verfügung gestellt wird, ist der Neben-Antriebsstrang 13a lastfrei.
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Kann das von der Antriebsmaschine eingeleitete Drehmoment nicht von den Antriebsrädern 22a, 23a der Haupt-Antriebsachse 11a übertragen werden, drehen die Antriebsräder durch. Die Haupt-Antriebsachse 11a weist einen Schlupf auf. Eine Drehzahl der Haupt-Antriebsachse 11a und damit auch der Antriebswelle 26a steigt weiter an, während die Drehzahl der mitgeschleiften Antriebsräder 24a, 25a der Neben-Antriebsachse 13a nicht in gleichem Maße ansteigt, da durch die durchdrehenden Antriebsräder 22a, 23a der Haupt-Antriebsachse 11a eine Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs nicht mehr proportional zu der Drehzahl der Haupt-Antriebsachse 11a ist. Ist eine Drehzahl an der Eingangswelle der Freiläufe 19a, 20a gleich wie die Drehzahl der Radantriebswellen 14a, 15a, verblocken die Freilaufhälften der Freiläufe 19a, 20a. Es wird ein Drehmoment über die Freiläufe 19a, 20a an die Antriebsräder 24a, 25a der Neben-Antriebsachse 13a übertragen.
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Drehen die Antriebsräder 22a, 23a der Haupt-Antriebsachse 11a durch, schaltet die Kraftfahrzeugantriebsstrangvorrichtung automatisch in einen Hilfs-Betriebsmodus und treibt über die Antriebsräder 22a, 23a des Hauptantriebsstrangs 10a und zusätzlich über die Antriebsräder 24a, 25a des Neben-Antriebsstrangs 13a das Kraftfahrzeug an. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass die Steuer- und Regeleinheit 34a einen Hilfs-Betriebsmodus erst bei einem erkannten Schlupf der Haupt-Antriebsachse 11a ausführt. Dabei würde die Steuer- und Regeleinheit 34a die Kupplungsvorrichtung erst bei einem erkannten Schlupf der Haupt-Antriebsachse 11a und einer Geschwindigkeit unterhalb der Grenzgeschwindigkeit schließen.
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In der 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Die nachfolgenden Beschreibungen beschränken sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen, wobei bezüglich gleich bleibender Bauteile, Merkmale und Funktionen auf die Beschreibung des anderen Ausführungsbeispiels der 1 verwiesen werden kann. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele ist der Buchstabe a in den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels in der 1 durch die Buchstaben b in den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels der 2 ersetzt. Bezüglich gleich bezeichneter Bauteile, insbesondere in Bezug auf Bauteile mit gleichen Bezugszeichen, kann grundsätzlich auch auf die Zeichnungen und/oder die Beschreibung des anderen Ausführungsbeispiels der 1 verwiesen werden.
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Die 2 zeigt schematisch einen Kraftfahrzeugantriebsstrang mit einer erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugantriebsstrangvorrichtung in einem nicht näher dargestellten Kraftfahrzeug. Der Kraftfahrzeugantriebsstrang ist aufgeteilt in einen Hauptantriebsstrang 10b und einen Hilfsantriebsstrang 12b. Der Kraftfahrzeugantriebsstrang weist eine über den Hauptantriebsstrang 10b permanent angetriebene Haupt-Antriebsachse 11b und eine über den Hilfsantriebsstrang 12b antreibbare Neben-Antriebsachse 13b auf. Der Hauptantriebsstrang 10b umfasst zwei Antriebsräder 22b, 23b, die mittels der Haupt-Antriebsachse 11b antreibbar sind. Der Hilfsantriebsstrang 12b weist ein erstes Antriebsrad 24b und ein zweites Antriebsrad 25b auf, die mittels der Neben-Antriebsachse 13b antreibbar sind.
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Der Hilfsantriebsstrang 12b weist eine Hilfsantriebswelle 30b, eine erste Radantriebswelle 14b und eine zweite Radantriebswelle 15b auf. Zur Verbindung der Neben-Antriebsachse 13b an den Hauptantriebsstrang 10b weist die Kraftfahrzeugantriebsstrangvorrichtung einen Achsantrieb 18b auf. Der Achsantrieb 18b umfasst zwei Zahnräder 31b, 32b. Das erste Zahnrad 31b ist drehfest mit der Hilfsantriebswelle 30b verbunden und ist als ein Kegelrad ausgebildet. Das zweite Zahnrad 32b ist ebenfalls als ein Kegelrad ausgebildet. Zur Aufteilung von Drehmomenten von der Hilfsantriebswelle 30b auf die Radantriebswellen 14b, 15b umfasst der Achsantrieb 18b ein Differential 33b. Das zweite Zahnrad 32b ist drehfest mit einem Eingang des Differentials 33b verbunden. Das erste Zahnrad 31b und das zweite Zahnrad 32b kämmen miteinander und können so ein Moment von der Hilfsantriebswelle 30b in die Neben-Antriebsachse 13b übertragen.
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Zur Verhinderung eines Kraftflusses von den Radantriebswellen 14b, 15b in Richtung des Hauptantriebsstrangs weist die Kraftfahrzeugantriebsstrangvorrichtung eine Freilaufvorrichtung 16b auf. Die Freilaufvorrichtung 16b ist in einem Kraftfluss vor dem Achsantrieb 18b der Neben-Antriebswelle 13b angeordnet. Die Freilaufvorrichtung 16b umfasst einen einzigen Freilauf 21b. Der Freilauf 21b ist dabei zwischen dem Differential 33b und dem Zahnrad 32b des Achsantriebs 18a angeordnet. Der Freilauf 21b ist gleich ausgebildet wie die Freiläufe in dem ersten Ausführungsbeispiel. Hierbei erfolgt die Entkopplung der Radantriebswellen mittels des einen Freilaufs 21b vor dem Differential 33b des Achsantriebs 18a.
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Betriebsmodi einer Steuer- und Regeleinheit 34b sind gleich wie die im ersten Ausführungsbeispiel. Die Funktionsweise der Betriebsmodi ist ebenfalls gleich wie in dem ersten Ausführungsbeispiel. Der einzige Unterschied ist die teilweise Entkopplung der radantriebswellen durch den Freilauf 21b vor dem Differential.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006045007 A1 [0002]
